沉箱码头稳定验算和内力计算

任务要求：码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面堆货20kpa ，Mh —16—30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。

一．拟定码头结构型式和尺寸1． 拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：即吃水为10.5米。

其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：1.1510.512.1D kT m ==⨯=，设计低水位7.4米，则底高程：7.412.1 4.7m -=-，因此定底高程-5.1m 处。

由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m 。

综上，选择沉箱尺寸为： 1310.214l b h m m m ⨯⨯=⨯⨯。

下图为沉箱的尺寸图：2．拟定胸墙尺寸：如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m ，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m 。

此处设计胸墙的顶宽为1.0m 。

设其底宽为5.5m ，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：（由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足要求，只需验算其抗倾稳定性）设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计高水位时的抗倾稳定。

沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为323.5/kN m ，水下为313.5/kN m ，则在设计高水位时沉箱的自重为：()][()5.511 1.511 1.5 1.5 5.5123.5 3.11 1.5 5.51 3.113.52 4.6 4.[{]62}G -=⨯+⨯⨯⨯-⨯+⨯+⨯+-⨯⨯⨯（）则 227.83G kN =。

自重G 对O 点求矩：G 77.10.533.4967 5.510.47922/3 5.51/3=733.56M kN m =⨯+⨯-⨯⨯+（）（） 。

考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为：25010178.5714q kPa ⨯==。

六、墙后土压力计算已知信息水的重度γ：10.25KN/m 39.8N/kg α0码头后填料：块石17KN/m 3填料水下重度104.445mKan ==0.172沉箱顶面以下考虑δ=φ/3=15°tg δ=0.267949Kan =Kax ==0.15455Kay ==0.04141E H=（e n1+e n2）h n /2cos αE V =E H tg δcos α=1<1>码头后填料土压力1.极端高水位e 4.5=0.00e 3.68= 2.39kpa0.98061e 1.4= 6.30kpa 9.91266e 1.4’=5.68kpae -18=32.14kpa366.804土压力引起的水平向作用E H =377.70KN/m M EH =2951.605825E V=101.20KN/m M EV=1862.1472582.设计高水位e 4.5=0.00e 2.64= 5.43kpa 5.04537e 1.4=7.55kpa 8.04622e 1.4’=6.80kpae -18=34.87kpa404.222土压力引起的水平向作用E H =417.31KN/m M EH =3308.788109E V=111.82KN/m M EV =2057.4660532.设计低水位e 4.5=0.00E He 1.4=9.04kpa14.0149矩形仓的横截面内缘的最大边长L：tg 2（45°-φ/2）0.16Kancos（δ+α）重力加速度g：填料重度γ：e n2=e n1=（一）码头后填料土压力e 1.4’=8.14kpa e 0.2=11.30kpa11.6653e -18=39.43kpa461.577土压力引起的水平向作用E H =487.26KN/mM EH =3929.227519E V=130.56KN/mM EV=2402.305048e 4.5~1.4=8.578644kpae 1.4~-18=7.727407kpa 水平作用176.5055KN/M26.59379566149.9116882竖向作用Eq V =47.2945KN/M 倾覆力矩M EH =3465.427KN.m M EV =870.2188KN.m（二）堆货荷载土压力Eq H=（三）门机荷载土压力°KN/m3填料内摩擦角φ：45°KN.mKN.mKN.mKN.mKN.m KN.m。

目录第一章设计资料------------------------- 3第二章码头标准断面设计----------------- 5第三章沉箱设计------------------------- 11第四章作用标准值分类及计算------------- 15第五章码头标准断面各项稳定性验算44第一章设计资料（一）自然条件1. 潮位：极端高水位：+6.5m ;设计高水位：+5.3m;极端低水位：-1.1m ;设计低水位：+1.2m ;施工水位：+2.5m。

2. 波浪：拟建码头所在水域有掩护，码头前波高小于 1 米（不考虑波浪力作用）。

3. 气象条件：码头所在地区常风主要为北向，其次为东南向;强风向（7 级以上大风）主要为北~北北西向，其次为南南东~东南向。

4. 地震资料：本地的地震设计烈度为7 度。

5. 地形地质条件：码头位置处海底地势平缓，底坡平均为1/200,海底标高为-4.0~-5.0m。

根据勘探资料，码头所在地的地址资料见图 1 。

1选用。

图一地质资料（二） 码头前沿设计高程：对于有掩护码头的顶标高，按照两种标准计算：基本标准：码头顶标高 =设计高水位+超高值（1.0~1.5m ）=5.30+ （ 1.0~1.5）=6.30~6.80m复核标准：码头顶标高 =极端高水位+超高值（0~0.5m ） =6.50+（ 0~0.5） =6.50~7.00m（三） 码头结构安全等级及用途：码头结构安全等级为二级，件杂货码头。

（四） 材料指标：拟建码头所需部分材料及其重度、摩擦角的标准值可按表表（五）使用荷载：1. 堆货荷载：前沿q1=20kpa ;前方堆场q2=30kpa。

2. 门机荷载：按《港口工程荷载规》附录C荷载代号Mh-10 -25设计。

3. 铁路荷载：港口通过机车类型为干线机车，按《港口工程荷载规》表7.0.3-2中的铁路竖向线荷载标准值设计。

4. 船舶系缆力：按普通系缆力计算，设计风速22m/s。

任务要求：码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面堆货20kpa ，Mh —16—30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。

一．拟定码头结构型式和尺寸1． 拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：即吃水为10.5米。

其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：1.1510.512.1D kT m ==⨯=，设计低水位7.4米，则底高程：7.412.1 4.7m -=-，因此定底高程-5.1m 处。

由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m 。

综上，选择沉箱尺寸为： 1310.214l b h m m m ⨯⨯=⨯⨯。

下图为沉箱的尺寸图：2．拟定胸墙尺寸：如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m ，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m 。

此处设计胸墙的顶宽为1.0m 。

设其底宽为5.5m ，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：（由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足要求，只需验算其抗倾稳定性）设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计高水位时的抗倾稳定。

沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为323.5/kN m ，水下为313.5/kN m ，则在设计高水位时沉箱的自重为：()][()5.511 1.511 1.5 1.5 5.5123.5 3.11 1.5 5.51 3.113.52 4.6 4.[{]62}G -=⨯+⨯⨯⨯-⨯+⨯+⨯+-⨯⨯⨯（）则 227.83G kN =。

自重G 对O 点求矩：G 77.10.533.4967 5.510.47922/3 5.51/3=733.56M kN m =⨯+⨯-⨯⨯+（）（） 。

考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为：25010178.5714q kPa ⨯==。

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码头结构整体稳定性计算书设计：校对：审核：1、设计条件1）设计船型设计代表船型见下表。

2）结构安全等级结构安全等级为二级。

3）自然条件（1）设计水位设计高水位（高潮位累计频率10％）： 1.76m设计低水位（低潮位累计频率90％）：+0.0m极端高水位（重现期50年一遇）：+2.66m极端低水位（重现期50年一遇）：-1.71m施工水位： 1.40m（2）波浪海西湾内波高H1%=2.67m。

（3）地质资料码头基床底面全部座落在全风化花岗岩层，风化岩承载力容许值为f=340kPa。

（4）码头面荷载a.门座起重机靠海侧轨道至码头前沿20kPa，其余30kPa。

b. 起重机荷载：码头设40吨门座起重机。

轮数48，轮压垂直方向（非工作状态）200kN，（工作状态）250kN，水平轮压35kN，基距12m，轮距840-980-840-840-840-980-840-840-840 -980-840。

（5）材料重度2、作用分类及计算2.1 结构自重力计算（1）极端高水位情况：计算图示见下图。

极端高水位作用分布图（2）设计高水位情况：计算图示见下图。

设计高水作用分布图设计低水作用分布图（3）设计低水位情况：计算图示见下图。

2.2 土压力强度计算码头后方填料为积砂石（按粗砂计算），35ϕ=︒，根据《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290—98）第3.5.1.2条规定2(45/2)an K tg ϕ=︒-则2(45/2)0.271an K tg ϕ=︒-= 沉箱顶面以下考虑3511.6733ϕδ︒===︒ 根据（JTJ290—98）表B.0.3—1，查的0.24an K =cos 0.24cos11.670.235ax an K K δ==⨯︒= sin 0.24sin11.670.0485ay an K K δ==⨯︒=土压力标准值按（JTJ290—98）3.5条计算：110cos n n i i an i e h K γα-==∑21cos n n i i an i e h K γα==∑式中：cos 1α=1）码头后方填料土压力（永久作用） （1）极端高水位情况（2.66m ）：e 4.0=0e 2.66=18×1.34×0.271=6.54（kPa ）e 1.4=（18×1.34＋9.5×1.26）×0.271=9.78（kPa ） e ‘1.4=（18×1.34＋9.5×1.26）×0.235=8.48（kPa ）e -9.0=（18×1.34＋9.5×1.26＋9.5×10.4）×0.235=31.7（kPa ） 土压力强度分布图见 图 土压力引起的水平作用：1116.54 1.34(6.549.78) 1.26(8.4831.7)10.4222H E =⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯4.38210.28208.94223.602(/)kN m =++=土压力引起的竖向作用：208.9411.6743.16(/)V E tg kN m =⨯︒=土压力引起的倾覆力矩：1(2 6.549.78) 1.344.382( 1.3411.66)10.2810.433(6.549.78)(28.4831.7)10.4208.941043.58(/)3(8.4831.7)EH M kN m m ⎡⎤⨯+⨯=⨯⨯++⨯++⎢⎥⨯+⎣⎦⨯+⨯⨯=⨯+土压力引起的稳定力矩：43.1611.02475.62(/)EV M kN m m =⨯=（2）设计高水位情况e 4.0=0e 1.76=18×2.24×0.271=10.93（kPa ）e 1.4=（18×2.24＋9.5×0.36）×0.271=11.85（kPa ） e ‘1.4=（18×2.24＋9.5×0.36）×0.235=10.28（kPa ）e -9.0=（18×2.24＋9.5×0.36＋9.5×10.4）×0.235=33.5（kPa ） 土压力强度分布图见 图 土压力引起的水平作用：11110.93 2.24(10.9311.85)0.36(10.2833.5)10.4222H E =⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯12.24 4.1227.66244.0(/)kN m =++=土压力引起的竖向作用：227.6611.6747.02(/)V E tg kN m =⨯︒=土压力引起的倾覆力矩：1(210.9311.85)0.3612.24( 2.2410.76) 4.110.433(10.9311.85)(210.2833.5)10.4227.661158.75(/)3(10.2833.5)EH M kN m m ⎡⎤⨯+⨯=⨯⨯++⨯++⎢⎥⨯+⎣⎦⨯+⨯⨯=⨯+土压力引起的稳定力矩：47.0211.02518.16(/)EV M kN m m =⨯=（3）设计低水位情况e 4.0=0e 1.4=18×2.6×0.271=12.68（kPa ） e ‘1.4=18×2.6×0.235=11.0（kPa ）e 0.0=（18×2.6+18×1.4）×0.235=16.92（kPa ） e -9.0=（18×2.6＋18×1.4+9.5×9）×0.235=37.01（kPa ） 土压力强度分布图见 图 土压力引起的水平作用：11112.68 2.6(1116.92) 1.4(16.9237.01)9222H E =⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯16.48419.544242.69278.72(/)kN m =++=土压力引起的竖向作用：(19.544242.69)11.6754.16(/)V E tg kN m =+⨯︒=土压力引起的倾覆力矩：1(21116.92) 1.416.484(12.8610.4)19.544933(1116.92)(216.9237.01)9242.691387.21(/)3(16.9237.01)EH M kN m m ⎡⎤⨯+⨯=⨯⨯++⨯++⎢⎥⨯+⎣⎦⨯+⨯⨯=⨯+土压力引起的稳定力矩：54.1611.02596.84(/)EV M kN m m =⨯=2）均布荷载产生的土压力（可变作用）：各种水位时，均布荷载产生的土压力标准值均相同。

重力式码头稳定性验算及地基应力的计算填料回填砂内摩擦角为32°，砂土的浮容重、湿容重分别为9.5KN/m3、18.5KN/m3。

码头强背与铅垂线的夹角为25°，地面水平，墙背为俯斜式设计。

1. 设计思路为对码头进行稳定性验算，需计算作用于墙背的主动土压力。

由于卸荷板、不同区域填料重度标准值的差异会对土压力强度分布产生影响，所以此计算以设计高低水位的不同，以及码头不同深度进行分区域计算主动土压力。

据此，在低水位时将回填土分成HL、LO、OM、MN、NP四部分在高水位时将回填土分成HK、KL、LO、OM、MN、NP五部分其中706.2tan 5.1ON 9373.0tan 5.1OM ===⨯=θϕ 2. 相关系数的确定 外摩擦角δ的确定墙背与填料的摩擦角的标准值根据地基条件、墙背形式、粗糙程度等确定。

俯斜的混凝土或砌体墙背采用1/3倍填料内摩擦角标准值。

δ=1/3φ=10.6667°破裂角θ的确定第二破裂角按下式计算：29)sin sin (sin 5.0--905.01=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-βϕβϕθ）（ 第n 层填料主动土压力系数的确定第n 层填料主动土压力系数K an 按下式计算：222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+++-=βαδαβϕδϕδαααϕan因墙背后只用一种填料回填，该填料的内摩擦角在水上、水下均取32°。

但墙背与铅垂线的夹角HL 部分为25°，其余部分为0°，所以此计算中填料主动土压力系数K an 有两个取值。

在HL 段0.5118)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos K 222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+++-=βαδαβϕδϕδαααϕan在其余部分0.2843)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos K 222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+++-=βαδαβϕδϕδαααϕan地面荷载系数Kq 的确定地面荷载系数Kq 按下式计算：1)cos(cos K =-=βααq3. 各部分土压力强度的计算 设计低水位各部分土压力强度的计算第n 层填料顶层的土压力强度按下式计算： 永久作用αγcos )(e 1-11an n i i i n K h ∑==可变作用αcos qK e 1an q n K =第n 层填料底层的土压力强度按下式计算：永久作用αγcos )(e 12an ni i i n K h ∑==可变作用αcos qK e 2an q n K =由上式求出设计低水位时各层顶层与底层的土压力强度设计高水位各部分土压力强度的计算如上，求出设计高水位时各层顶层与底层的土压力强度4. 各部分土压力的计算 设计低水位各部分土压力的计算第n 层填料土压力的合力按下列公式计算 永久作用ahe E n n n n cos e 5.021）（+=可变作用n an q qn h K qK =E由上式求出设计低水位时各层的土压力设计高水位各部分土压力的计算如上，求出设计高水位时各层的土压力5. 码头稳定性验算重力式码头应进行稳定性验算，设计低水位与高水位的相关参数取不同值，所以应分别验算两种情况下码头的稳定性。

西港区一期工程30万吨级码头沉箱浮游稳定计算一、沉箱浮游稳定性验算沉箱在溜放或漂浮、拖运和安放过程中应保证不倾覆，要求沉箱具有一定的浮游稳定性。

沉箱的稳定性可用定倾中心高度（定倾半径）ρ表示。

沉箱在外力矩的作用下发生倾斜，在倾斜的过程中，沉箱的浮心位置发生变化。

在小倾角（小于15°）的情况下（沉箱漂浮时的倾斜一般属于小倾角），浮心W的变化接近于圆弧，此圆弧的中心M称为定倾中心；圆弧的半径ρ称为定倾半径；定倾中心M距重心C 的距离m称为定倾中心高度。

m=ρ-a，在进行理论计算时要求精确到厘米。

当m>0时，即定倾中心M在重心之上，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，存在一个由沉箱重力G和浮力V*γ（γ为水的重度）构成的扶正沉箱的力偶，此时沉箱稳定。

反之，m<0，即M在C之下，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，则存在一个使沉箱继续倾斜的力偶，这时沉箱是不稳定的。

为了保证沉箱的浮游稳定性，沉箱在有掩护区域近程浮运时，m≥20cm。

沉箱在无掩护区并远程浮运时，如采用块石、砂等固定物压载，m≥40cm；如采用海水压载，m≥50cm，并密封舱顶。

（近程浮运是指在同一港区或运程在30海里以内；远程浮运是指在港际间整个浮运时间内有夜间航行或运程≥30海里）当沉箱浮游稳定不满足时，可采用压舱方法，使重心降低。

通常用水压舱的方法，优点：施工比较方便。

缺点：有自由液面存在，降低了压舱效果。

此外还可采用固体（如砂、石或混凝土块等）压舱。

优点：压舱效果好。

缺点：施工不方便。

同时为了保证沉箱在溜放或者漂浮、拖运和安放时不没顶，应有足够的干舷高度F。

在拖运时，干舷高度应满足：F=H-T≥B02tanθ+2h3+sF：沉箱的干舷高度（m）h：波高（m）θ：沉箱的倾角，溜放时，采用滑道末端的坡角，浮运时采用6°—8°S：沉箱干舷的富裕高度（m），一般取0.5—1m。

当沉箱吃水和干舷高度不满足要求时，可不采用或不完全采用压舱方法来保证浮游稳定，可以采用起重船或浮筒吊扶的方法。

一、沉箱前面板、后面板波浪力极端高水位情况波谷作用时p's0p'd24.75P0.624.75p1.5l24.75设计高水位情况波谷作用时p's0p'd20.86P0.620.86p1.5l20.86设计低水位情况波谷作用时p's0p'd11.22P0.611.22p1.5l0极端低水位情况波谷作用时p's0p'd8.97P0.68.97p1.5l01.承载力极限状态前面板受由外向里的荷载作用1.5l以下前面板受力p26.835 1.5l以上26.835前面板受由里向外的荷载作用贮仓压力作用 +波谷作用1.5l以下p148.832 1.5l以上48.832p248.832l0214.364112.88812.正常使用极限状态前面板受由外向里的荷载作用短暂状况1.5l以下前面板受力p 22.362 1.5l以上22.362前面板受由里向外的荷载作用持久状况贮仓压力作用波谷作用时1.5l以下p123.522 1.5l以上23.522p223.522l 0214.364112.88811.5l以下fc 15151515Y向fy310310310310配筋计算M 35.999 6.26719.78311.404a s 60606060h 0340340340340αs =M/(α1f c bh 02)0.020*******.0036140540.0114086030.006576651ξ0.020*******.0036206080.0114744340.006598421Y s0.9895095860.9981896960.9942627830.99670079A s =M/(f y Y s h 0)345.16846459.56484533188.7729457108.5546616每延米6根fc 15151515fy3103103103101.5l以上配筋计算X向M 63.76627.53335.04150.102a s 60606060h 0340340340340αs =M/(α1f c bh 02)0.0367742180.0158780770.020*******.028894028ξ0.037476460.0160061760.020*******.029323976Y s0.981261770.9919969120.9897915570.985338012A s =M/(f y Y s h 0)616.5482161263.3274141335.8907161482.426701支座跨中支座跨中受弯构件验算最大裂缝宽度内侧钢筋内侧钢筋外侧钢筋外侧钢筋Mk30.71622.94429.20124.134As13357701335770 X向ωmax=α1α2α3σsl/E s(c+d)/(0.30+1.4ρte)1.5l以上α11111α21111α3 1.511 1.5σsl=M k/(0.87h0A s)77.7823982100.734182173.94718985105.9586751E s200000200000200000200000c50505050d1*******ρte=A s/A te0.01110.00640.01110.0064ωmax0.116461010.1026590390.0738124530.161975045支座跨中支座跨中内侧钢筋内侧钢筋外侧钢筋外侧钢筋Mk17.340 5.22216.485 5.493As11305651335565 Y向ωmax=α1α2α3σsl/E s(c+d)/(0.30+1.4ρte)α11111α21111α3 1.511 1.5σsl=M k/(0.87h0A s)51.8780140831.2475411141.7465764532.86816836E s200000200000200000200000c50505050d1*******ρte=A s/A te0.00940.00470.01110.0047ωmax0.0768257210.0308494830.0416705110.048674198四、沉箱侧板1.承载力极限状态侧板受由外向里的荷载作用1.5l以下侧板受力p26.835 1.5l以上26.835侧板受由里向外的荷载作用贮仓压力作用 +波谷作用1.5l以下p148.832 1.5l以上48.832p248.832l0221.622519.80252.正常使用极限状态前面板受由外向里的荷载作用短暂状况1.5l以下前面板受力p 22.362 1.5l以上22.362前面板受由里向外的荷载作用持久状况贮仓压力作用1.5l以下p123.522 1.5l以上23.522p223.522l 0221.622519.80251.5l以下fc 15151515Y向fy310310310310配筋计算M 55.3129.62930.39617.522a s 60606060h 0290290290290αs =M/(α1f c bh 02)0.0438465670.0076328650.024*******.013889857ξ0.0448524380.007662220.024*******.013987684Y s0.9775737810.996168890.9878037950.993006158A s =M/(f y Y s h 0)629.3809803107.5182458342.2806043196.2787947fc 15151515fy3103103103101.5l以上配筋计算X向M 95.98941.44552.74875.420a s 60606060h 0290290290290αs =M/(α1f c bh 02)0.0760909080.0328539230.0418140840.059785713ξ0.079229570.0334121080.0427268770.061688446Y s0.9603852150.9832939460.9786365620.969155777A s =M/(f y Y s h 0)1111.769778468.847316599.5545639865.6281877支座跨中支座跨中受弯构件验算最大裂缝宽度内侧钢筋内侧钢筋外侧钢筋外侧钢筋Mk46.23734.53843.95736.329As154077018371272 X向ωmax=α1α2α3σsl/E s(c+d)/(0.30+1.4ρte)1.5l以上α11111α21111α3 1.511 1.5σsl=M k/(0.87h0A s)119.0009091177.780969294.84232435113.2005503E s200000200000200000200000c50505050d1*******ρte=A s/A te0.01280.00640.01530.0106ωmax0.1796428440.1811780580.0958952050.183370222支座跨中支座跨中内侧钢筋内侧钢筋外侧钢筋外侧钢筋Mk26.6438.02425.3308.440As11305651335565 Y向ωmax=α1α2α3σsl/E s(c+d)/(0.30+1.4ρte)α11111α21111α3 1.511 1.5σsl=M k/(0.87h0A s)93.453460356.2895649575.2026093259.20897555E s200000200000200000200000c50505050d1*******ρte=A s/A te0.00940.00470.01110.0047ωmax0.1383944560.05557250.0750655850.087682082。

采用空载排水量993t的平板驳，计划每次运输4个沉箱，单个沉箱重190t。

则货物重760t、沉箱长宽高为10/3.95/6.4m 船：长宽高为57.5m/15.50m/3.30m；净吨位993t。

沉箱重心（距沉箱底）：G s=（54×10×0.25+136×10×3.45）/(190×10)=2.54m一、动载检验1、装载后受力总和为：G=1753t①沉箱：760t；②船自重：993t；2、自重吃水：a0=1.15m3、平均吃水：a=1753/(57.5×15.5)=1.97m4、惯性矩:I X=(57.5×15.53)/12=17843.57m45、稳心半径：p=I X/G=10.18m6、重心高：h=(760×3.87+993×0.82)/1753=2.14mh-a0/2=1.565m因：p＞h-a0/2则：船舶稳定性满足要求。

二、倾覆性检验船舶装载运输时最大风力不大于六级进行验算，六级时风压按180Pa检算。

1、倾覆力矩①船：干舷高度：3.3-1.97=1.33m受风面积：1.33×57.5=76.475m2风力作用点至水面距离：0.665mM倾1=76.475×0.665×180=9.15kN•m②沉箱受力面积：3.95×4×6.4=101.12m2风力作用点至水面距离：3.2+1.33=4.53mM倾2=101.12×4.53×180=82.45kN•m综上：M倾=M倾1+M倾2=91.6KN•m2、抗倾覆力矩M抗=G×1.63=1753×28.75=50398.75KN•m抗风系数K=M抗/M倾＞1说明在六级风及以下时稳定性没问题。

码头稳定性验算1.计算模型2.计算荷载设计高水位=2.77m ;设计低水位=-2.89m1) 结构自重力①重力（设计高水位2.77m）G1护栏作用力不计G2胸墙=(1.73*23+0.02*13)*1.3=52.065KN G3砼挡墙=0.5*(1.914+2.589)*1.75*13+0.5*(2.589+3.375)*1.0*13=93.21kn力臂计算:稳定力矩计算:②重力（设计低水位-2.89m ） G1护栏 作用力不计G2胸墙=1.75*1.3*23=52.325KN G3砼挡墙=0.5*(1.914+2.589)*1.75*23+ 0.5*(2.589+3.375)*1.0*23=164.91kn 力臂计算:稳定力矩计算:2)土压力强度计算后方回填碎石,二片石,开山石 ︒=45ϕ γ=18kn/m第二破裂角： 005.22)(21)90(21'=---=βεϕθ=β0=ε005.224521=⨯=δ有 15°<α1,α2<θ' ，故土压力可按公式2.4.1.1计算 对胸墙: α=0 ,cos α=1对砼挡墙: 0195.155.31==-tgα ; cos α=0.9613.作用分析1) 永久作用①设计高水位2.77m永久作用土压力强度 cos α1=1 ,cos α2=0.96111e = 0e 12=(18×1.48+11×0.02)×Kan ×cos α1=26.86×0.1597 =4.29kpa1597.0)841.01(924.05.00cos 5.22cos 45sin 5.67sin 1)5.22cos(145cos )cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos 2000002222=+⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡︒+⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+++-=βαδαβϕδϕδαααϕαn n n n n n n k 2835.0)9319.01(723.0765.095.15cos 45.38cos 45sin 5.67sin 1)45.38cos()95.15(cos 05.29cos )cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos 20000202222=+⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡︒+⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+++-=βαδαβϕδϕδαααϕαn n n n n n n ke 21 =(18×1.48+11×0.02)×0.2835×0.961=7.318kpa e 2=57.11×kan ×cos α2=57.11×0.2835×0.961=15.559kpa 胸墙后土压力合力水平合力:Eh n =竖直合力:Ev n = 计算得:(按填料分层，单位kn)力臂计算水平力壁di 和倾覆力矩MEHi 计算竖直力壁di 和稳定力矩MEVi 计算)cos(25.011n an n n i n n i i K h h r h r δα+⎪⎭⎫⎝⎛+∑-=)sin(25.011n an n n i n n i i K h h r h r δα+⎪⎭⎫ ⎝⎛+∑-=②设计低水位-2.89m永久作用土压力强度 cos α1=1 ,cos α2=0.961 e 11=0e 12=(18×1.5)×Kan ×cos α1=27×0.1597×1 =4.312kpa e 21=(18×1.5)×Kan ×cos α1=27×0.2835×0.961 =7.356kpae 22=76.5×kan ×cos α2=76.5×0.2835×0.961=20.842kpa 胸墙后土压力合力水平合力:Eh n =竖直合力:Ev n = 计算得:(按填料分层，单位kn)力臂计算水平力臂di 和倾覆力矩MEHi 计算)cos(25.011n an n n i n n i i K h h r h r δα+⎪⎭⎫⎝⎛+∑-=)sin(25.011n an n n i n n i i K h h r h r δα+⎪⎭⎫ ⎝⎛+∑-=竖直力臂di和稳定力矩MEVi计算2)可变作用取可变荷载Q=30kn/m①可变作用土压力强度胸墙Eq1=q·kq·Kan·hn=30×1×0.1597×1.5=7.187kn 砼挡墙Eq2=q·kq·Kan·hn=30×1×0.2835×2.75=23.389kn胸墙后土压力合力水平分力Eqh1=7.19×cos22.5°= 6.64kn竖向分力Eqv1=7.19×sin22.5°= 2.752kn砼挡墙后土压力合力水平分力Eqh2=23.39×cos38.45°= 18.313kn 竖向分力Eqv2=23.39×sin38.45°= 14.548kn 可变土压力合力水平力 Eqh=6.64+18.304 = 24.954kn 竖向力 Eqv=2.75+14.56 = 17.300kn ②可变土压力力臂及力矩计算水平力臂di 和倾覆力矩MEqhi 计算竖直力臂di 和稳定力矩MEqvi 计算3）波浪作用,地震作用和系缆力,剩余水压力暂不考虑。

沉井或气压沉箱的计算与验算方法沉井或气压沉箱是一种常用的地下开挖工程辅助施工技术，广泛应用于深基坑开挖、管道铺设、桥梁基础施工等工程中。

正确的计算与验算方法对保障工程施工质量和安全具有重要意义。

下面将详细介绍沉井或气压沉箱的计算与验算方法。

1.计算方法(1)沉井计算方法：沉井开挖通常采用土钻、连续墙护壁或钢板护壁等方式进行支护。

计算沉井抗浮力，可按照以下公式进行：F=γw*H其中，F为沉井抗浮力，γw为水的单位重量，取10kN/m³，H为地下水位以上的开挖高度。

计算沉井侧面稳定性时，可通过计算土壁的稳定性来评估。

根据土力学原理，稳定性主要考虑土壁的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性。

根据具体施工条件和土壤性质选择相应的计算方法，常用的方法有平衡法、极限平衡法和有限元法等。

(2)气压沉箱计算方法：气压沉箱是在地下施工时由于开挖土体抗不住水压而引起坍塌的问题，采用压力来抵消水压差，以有效地保障施工安全。

对于气压沉箱的计算，主要包括以下几个方面：a.确认开挖地层的性质和室内外压力差。

b.计算所需的压力。

假设沉箱所处地层的土体饱和，根据悬浮力和水压对开挖土体的作用力进行计算。

c.计算所需厚度。

假设沉箱具有一定的最低厚度约束，根据所需的压力和相关参数计算所需的最小厚度。

2.验算方法(1)沉井验算方法：沉井支护结构的验算主要涉及抗浮力和侧面抗滑稳定等方面。

a.沉井抗浮力的验算需要核对计算结果和实际情况是否一致，保证沉井在施工过程中不会浮升或发生其他异常情况。

b.侧面抗滑稳定的验算可以通过现场观察和监测等方式来进行。

施工中应定期检查土壁的变形情况，如有异常情况应及时采取相应的处理措施。

(2)气压沉箱验算方法：气压沉箱的验算主要包括判断沉箱的稳定性和对积水的控制等方面。

a.沉箱的稳定性通过监测沉箱周围土体的变形情况，并根据施工过程中的实际情况进行评估。

b.对积水的控制要保证沉箱内部的水压小于外部水压，避免沉箱进入过高的水压状态。

任务要求：码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面堆货20kpa ，Mh —16—30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。

一．拟定码头结构型式和尺寸1． 拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：即吃水为10.5米。

其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：1.1510.512.1D kT m ==⨯=，设计低水位7.4米，则底高程：7.412.1 4.7m -=-，因此定底高程-5.1m 处。

由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m 。

综上，选择沉箱尺寸为： 1310.214l b h m m m ⨯⨯=⨯⨯。

下图为沉箱的尺寸图：2．拟定胸墙尺寸：如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m ，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m 。

此处设计胸墙的顶宽为1.0m 。

设其底宽为5.5m ，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：（由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足要求，只需验算其抗倾稳定性）设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计高水位时的抗倾稳定。

沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为323.5/kN m ，水下为313.5/kN m ，则在设计高水位时沉箱的自重为：()][()5.511 1.511 1.5 1.5 5.5123.5 3.11 1.5 5.51 3.113.52 4.6 4.[{]62}G -=⨯+⨯⨯⨯-⨯+⨯+⨯+-⨯⨯⨯（）则 227.83G kN =。

自重G 对O 点求矩：G 77.10.533.4967 5.510.47922/3 5.51/3=733.56M kN m =⨯+⨯-⨯⨯+（）（） 。

考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为：25010178.5714q kPa ⨯==。

沉箱抗滑稳定性的最大考验。

本文从沉箱的波浪作用力、风压力等受力状况进行计算，同时考虑地基承载力，综合分析台风天气时期的沉箱抗滑、抗倾稳定性能。

关键词：沉箱 波浪作用力 风压力1.工程概述汕头港广澳港区二期工程地处达濠岛西南端广澳湾内，坐标北纬23°13’，东经116°46’。

该地区属于亚热带海洋性气候，温暖，雨量充沛，光照充足但易受台风影响。

台风可能导致沉箱间碰撞损坏或沉没，因此，需要对寄放在养生池的沉箱进行防台验算，确保沉箱寄存安全。

本工程共计58件沉箱，养生池的底部设计尺寸为115m×60m，计划存放5件/排×2排，共10件沉箱。

施工水域的平均海平面：+1.40m，平均高潮位：+1.9m，年最高潮位：+2.75m，沉箱高度：19.25m，计算得沉箱浮游稳定吃水深度：12.93m，预留沉箱高出平均海平面3.5m。

养生池底标高：-14.35m，养生池布置在距离码头前沿线约150m的位置，长115m，宽60m，存放2排，每排5件共10件沉箱.2.沉箱现场存放防台计算存放地点地质要求为砂质土。

钻孔资料显示，此处-14.7m~-15.1m范围是淤泥质土，若实际开挖土质为淤泥，则要求铺一层0.5m厚的疏浚砂或者碎石，沉箱存放处海底高程为-14.35m，地基承载能力达到10t/m2以上；沉箱存放长度方向为东西向。

对比现场实际情况，沉箱主要受东南向风浪影响，防台验算以南向波浪及风压力计算。

极端高水位：4.08m；设计高水位：2.03m；设计低水位：0.33m；波浪要素按50年一遇波浪+50年一遇极端高水位确定，根据汕头港广澳港区二期工程水工建筑物设计说明中表2.1.2-5《S向二期集装箱码头工程设计波要素》的H1%取值，波高H=5.46m，根据设计说明中表2.1.2-4，50年一遇波浪+50年一遇极端高水位的平均周期T=9.8s，平均波长L=118m，最大水深极端高水位时d=18.43m，设计低水位时d=14.68m，沉箱尺寸为：19.1×17.15×19.25m，台风期间打开进水阀门，箱内水面标高与潮水位平。

码头工程沉降稳定标准
码头工程的沉降稳定标准可以根据具体的工程需求和设计要求来确定，通常应当参考以下方面的标准：
1. 沉降限值：码头的沉降限值应根据不同部位、结构和工程要求设置。

一般来说，主要的桩基、引桩基础的沉降限值应小于
2cm，码头平台的沉降限值应小于3cm。

2. 桩基的稳定性：码头桩基的稳定性是码头工程沉降稳定的重要保证。

桩基的计算和设计应满足相关的设计规范和标准，确保桩基在使用寿命内不会出现沉降过大或产生严重的倾斜。

3. 码头结构的稳定性：码头的各个结构部分，如桥梁、平台等，应具备足够的强度和刚度，以保证在地震、风浪等荷载作用下的稳定性。

相关的国家标准、规范和技术要求可以提供相应的指导。

4. 监测和控制：为了确保码头工程的沉降稳定，应进行有效的监测和控制措施。

可以使用各种工程测量方法，如测斜仪、沉降仪等，对码头的沉降进行实时监测和记录，并及时采取相应的调整和修复措施，以保证码头的稳定性。

需要注意的是，具体的码头工程沉降稳定标准可能会因地域、工程规模和环境条件等因素而有所差异，应根据实际情况进行具体的确定和调整。

此外，还需要遵循相关的法律法规要求和工程技术规范。

五、整体稳定性验算按照《港口工程地基规范》第5.1.3条规定，取极端低水位进行验算。

计算采用费伦纽斯提出的圆弧滑动法。

土层资料见表5-4-48。

表5-4-48 土层资料土质平均顶面标高 (m) 平均厚度(m)容重3(/)kN m γ粘聚力 (/)C kN m 内摩擦角()ϕ° 淤泥质粉质粘土 -8.00 2.35 18.0 4 14 粉砂 -10.35 4.00 18.0 0 33 砾砂 -14.35 3.47 18.0 0 32 粉质粘土 -17.82 3.47 19.0 10 24 卵石 -21.29 3.47 18.0 0 45 淤泥质粉质粘土 -22.09 0.80 39.0 20 18 砂质粘土 -25.74 3.65 19.0 38 21 最危险滑动面圆心位置的确定： 最危险滑动面圆心位置是任意的，因此求得的K 值并不代表建筑物的最小稳定系数。

需计算一系列的圆心位置和半径。

因此，初选圆心位置，以最小半径R(对重力式码头而言就是圆弧通过岸壁后趾的总半径)，求出1O 对应稳定安全系数1K 。

然后通过1O 作水平线，沿此直线在1O 的左右逐次取圆心2O 、3O 、4O等，直到做出一圆心n O ，其左右的安全系数均比它大为此。

通过n O 作垂线，沿此直线在n O 的上下逐次取圆心，及其对应稳定安全系数，直到做出一圆心m O 其上下的安全系数均比它大，与m O 相应的安全系数即为所求最小安全系数min K 。

（如图5-4-13）根据大量计算分析，发现最危险的滑弧中心、荷载和滑动面及水底下的深度之间存在着一定的关系（如图5-4-14），据此作出表5-4-49。

图5-4-13 码头圆弧滑动示意图h —码头高度根据以上经验公式初定圆心位置1O ，其坐标为表中参数X、Y 分别乘以后h 的值，将O 点定为坐标原点（如图5-4-13）0,13.69, 5.16,0,0.38ht h h m t m h hΔΔ=====查表5-4-49得：0.248,0.311x y ==因此，初选圆心位置( 3.40,4.26)−，以最小半径R=21.26m(对重力式码头而言就是圆弧通过岸壁后趾的总半径)画出圆弧，圆弧中包括建筑和一部分土的体积，用垂线将圆弧分成8个条体。

一、设计资料1．1 设计船型1．2 结构安全等级1．3 自然条件1．4 码头地面荷载1．5 船舶荷载1．6 其它有关计算指标二、设计内容1．1 根据条件及相应规范要求确定码头结构主要尺度1．2 码头结构断面尺寸确定1．3 设计计算内容三、成果资料1．1 码头结构断面设计图1．2 沉箱结构尺寸设计图（平面图、纵横剖面图）1．3 胸墙横断面图1．4 设计计算书四、参考书或资料一、设计资料某万吨级的多用途码头，其结构形式拟采用沉箱结构。

1．1设计船型:设计的代表船型为五万吨级的集装箱船，设计船型的主要尺度为：240米（总长）×34米（型宽）×17.5（型深），满载吃水为为：12.7米。

1．2 结构安全等级为：二级1．3 自然条件1）水位：设计高水位4.32米，设计低水位：0.47米，极端高水位5.5米，施工水位2.5米。

2）设计波浪要素：表13）地质条件：码头基床底面全部坐落在风化岩面上，风化岩承载力设计值「f d」=500KPa。

基床顶面承载力「σr」=600 KPa4）地震设计裂度6度，不考虑抗震设防。

1．4 码头地面荷载:q=30KPa（距码头前沿线3米开始至沉箱后趾线），1）、堆货荷载：码头前沿堆货荷载2q=40 KPa（从沉箱后壁线开始）。

后方推货荷载22）门机荷载：机距16米，轨距16米。

前轨位置距离码头前沿线3.5米。

三种工作状态下的每个轮压分别为：前轨最大轮压200KN，后轨最大轮压375KN，前轨最大轮压375KN，后轨最大轮200KN，前轨最大轮压77KN，后轨最大轮压240KN。

注：后轨轮压所产生的土压力分布范围影响点按从地面45度角向下传递到后趾线的立面上开始计算（h′）。

每个沉箱上按16个轮子同时作用。

1．5船舶荷载:系缆力标准值P=650KN；α=30°β=15°；作用在码头地面上0.45米处。

系船柱位置为距码头前沿线2米处。

1．6其它有关计算指标1）材料重度和内摩擦角标准值：表22）摩擦系数设计值：混凝土墙底与抛石基床：f=0.60抛石基床与地基土：f=0.403）墙后回填为块石棱体回填。

四、沉箱结构内力结构（一）承载能力极限状态下的内力计算 1.沉箱前面板：1）前面板受由外向里的荷载作用时（短暂状况）：经计算比较，沉箱施工期下沉中，当箱内灌水1.5l （ 3.7)l m =沉箱吃水12.9T m =时，所受的荷载最大。

根据()29098JTJ -第3.7条规定，面板所受水压力的分项系数取永久作用中静水压力的分项系数，取1.2，根据图1-3-6计算前面板的受力情况68.68 1.282.46()P kPa =⨯=根据()29098JTJ -第6.2.7条规定，面板以上1.5l 区段按三边固定一定简支板计算，1.5l 区段以上按两端固定的的连续板计算，其前面板的计算简图见图1-3-8,、图1-3-9。

2）前面板受由里向外的荷载作用时（持久状况）：根据图1-3-4，使用期前面板在设计低水位受波谷压力和贮仓压力作用时计算的前面板受力情况：图中贮仓压力的分项系数取1.35； 波谷压力的分项系数取1.5.()()12 5.69 1.3510.53 1.523.4813.92 1.35 3.64 1.523.64P kPa P kPa =⨯+⨯==⨯+⨯=其计算简图见图1-3-10，图1-3-11。

区段划分及计算图式同上。

2.沉箱前地板计算：设计高水位、短暂状况，在永久作用与波峰压力、地基反力等共同作用时，底板所受作用效应最大。

根据()29098JTJ -第6.2.8条和6.2.9条的规定，底板按四边固定板计算。

底板的受力图式见图1-3-7.根据()29098JTJ -第3.7.1条规定，底板计算的分项系数分别取： 贮仓压力取1.35；动水浮托力取1.5； 底板自重取1.3；基床反力取1.35； 底板受力情况：()()1247.50 1.357.5 1.39.35 1.559.8547.50 1.357.5 1.316.73 1.548.78P kPa P kPa =⨯+⨯-⨯==⨯+⨯-⨯=其底板的计算简图见图1-3-12。